JPWO2017013707A1 - 空調システム、空調機及び空調方法 - Google Patents

Abstract

空調システム（１）は、空調機（２）と、第１吹出ダクト（５）と、第２吹出ダクト（６）と、を備える。第１吹出ダクト（５）は、空調機（２）から供給された空気を空調対象エリアの上方へ導く。第２吹出ダクト（６）は、空調機（２）から供給された空気を空調対象エリアの下方へ導く。空調機（２）は、第１吹出ダクト（５）及び第２吹出ダクト（６）への空気流量の配分比を運転モードが冷房モードに設定されている場合と暖房モードに設定されている場合とで異なるように制御する。

Description

本発明は、空調システム、空調機及び空調方法に関する。

例えば、特許文献１で提案されるように、１台の空気調和装置により、建物における区画された複数の室内空間の空調を行う技術が知られている。

特許文献１で提案される空気調和装置では、建物の各階に対応して設けられた分岐ダクトを介して、本体ユニットで生成された調和空気が各階の室内空間に供給されるように構成されている。

特開２００１−５６１３２号公報

ところで、暖かい空気は上昇し、冷たい空気が下降するという気流の特性については周知であり、かかる特性から、暖房時においては、例えば、床下に設置した床暖房システム等により空調対象空間の下方から空気を暖めるように空調することが好ましく、一方、冷房時においては、例えば、天井に埋設された室内機により空調対象空間の上方から空気を冷やすように空調することが好ましいことが、知られている。

しかしながら、１台の空調機によって、冷房運転（冷房モード）、暖房運転（暖房モード）のような異なる運転モードのそれぞれにおいて、上記の気流の特性を利用した空調を実現可能とする技術について、未だ有用な提案がなされていないのが実情である。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、１台の空調機により、異なる運転モードのそれぞれにおいて、気流の特性を利用した空調を行えるようにした空調システム等を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る空調システムは、
空調機と、
前記空調機から供給された空気を空調対象エリアの上方へ導く第１ダクトと、
前記空調機から供給された空気を前記空調対象エリアの下方へ導く第２ダクトと、を備え、
前記空調機は、前記第１ダクト及び前記第２ダクトへの空気流量の配分比を運転モードが冷房モードに設定されている場合と暖房モードに設定されている場合とで異なるように制御する配分制御手段を備える。

本発明によれば、気流の特性を利用した空調を１台の空調機により行うことが可能となる。

本発明の実施形態に係る空調システムの構成を示す図である。 本実施形態における室内機の構成を示すブロック図である。 目標配分テーブルの一例を示す図である。 配分制御処理の手順を示すフローチャートである。 室内機に第１吹出ダクト及び第２吹出ダクトが直接に連結される例を説明するための図である。 室内機が天井裏に設置される例を説明するための図である。 室内機が床下に設置される例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る空調システム１の構成を示す図である。空調システム１は、建物内（ここでは、一般家庭における住居内）における一の部屋（以下、空調対象エリアという。）の空調を行うシステムである。

空調システム１は、空調機２（室内機２ａ、室外機２ｂ）と、リモコン３と、ベースダクト４と、第１吹出ダクト５と、第２吹出ダクト６と、第１吸込ダクト７と、第２吸込ダクト８と、ダンパ９と、を含んで構成される。

リモコン３は、ユーザからの入力操作を受け付け、受け付けた入力操作に応じた制御信号を通信線１０を介して室内機２ａに送信する。なお、リモコン３は、無線通信により制御信号を室内機２ａに送信してもよい。リモコン３がユーザから受け付ける入力操作には、例えば、運転の開始／停止の切り替え、冷房，暖房，除湿，送風等の運転モードの切り替え、目標温度、風量等の変更等が含まれる。

室内機２ａと室外機２ｂとは、通信線１１を介して相互に通信可能となるように接続されている。なお、図示はしないが、室内機２ａと室外機２ｂとは、冷媒を循環させるための冷媒配管により接続されている。

室内機２ａは、当該空調対象エリアの外の適切な場所（例えば、廊下のデッドスペース等）に設置され、リモコン３からの操作信号に基づいた運転動作を行う。具体的には、第１吸込ダクト７及び第２吸込ダクト８の少なくとも何れかを介して吸い込んだ空調対象エリアの空気の温度を調整する。そして、室内機２ａは、調整後の空気をベースダクト４に送り出す。ベースダクト４に送り出された空気は、第１吹出ダクト５及び第２吹出ダクト６の少なくとも何れかを介して空調対象エリアに送り出される。

また、室内機２ａは、リモコン３からの操作信号に基づいて変更した動作状態を示すデータを室外機２ｂに送信する。室外機２ｂは、かかる動作状態を示すデータを受信すると、当該動作状態で室内機２ａが稼働できるように、自機（即ち、室外機２ｂ）を構成する各部（コンプレッサ、凝縮器、膨張弁、蒸発器等）の動作状態を変更する。

ベースダクト４は、室内機２ａに連結され、室内機２ａから供給される空気をダンパ９が設けられた分岐点まで導くダクトである。ベースダクト４の分岐点には、第１吹出ダクト５（第１ダクト）と、第２吹出ダクト６（第２ダクト）とが連結されている。

ダンパ９は、室内機２ａからベースダクト４を介して供給された空気を、第１吹出ダクト５と第２吹出ダクト６とに分配するための電動式の空気弁であり、詳細は後述するが、その開度は、室内機２ａからの制御信号に従って調整される。室内機２ａとダンパ９との間の通信は、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）等、周知の無線ＬＡＮの規格に則って行われる。なお、ダンパ９と室内機２ａとの間の通信が、図示しない通信線を介して行われる構成であっても構わない。

第１吹出ダクト５は、室内機２ａから供給され、ダンパ９により分配された空気を空調対象エリアの上方部分へ導くためのダクトである。第１吹出ダクト５の空気移送方向の端部は、空調対象エリアの天井面に設けられた吹出口（天井吹出口）に連結されており、室内機２ａから供給された空気は、この天井吹出口から空調対象エリアへ吹き出される。

第２吹出ダクト６は、室内機２ａから供給され、ダンパ９により分配された空気を空調対象エリアの下方部分へ導くためのダクトである。第２吹出ダクト６の空気移送方向の端部は、空調対象エリアの床面に設けられた吹出口（床吹出口）に連結されており、室内機２ａから供給された空気は、この床吹出口から空調対象エリアへ吹き出される。

第１吸込ダクト７は、空調対象エリアの上方部分から吸い込んだ空気を室内機２ａに導くためのダクトであり、その一端は、空調対象エリアの天井面に設けられた吸込口（天井吸込口）に連結されており、他端は、室内機２ａに設けられた第１空気吸込口に連結されている。

第２吸込ダクト８は、空調対象エリアの下方部分から吸い込んだ空気を室内機２ａに導くためのダクトであり、その一端は、空調対象エリアの床面に設けられた吸込口（床吸込口）に連結されており、他端は、室内機２ａに設けられた第２空気吸込口に連結されている。

室内機２ａは、図２に示すように、通信部２０と、メインユニット２１と、データ記憶部２２と、制御部２３と、を備える。通信部２０は、リモコン３と通信線１０を介して通信するためのインタフェースと、室外機２ｂと通信線１１を介して通信するためのインタフェースと、ダンパ９と無線通信するためのインタフェースと、を含んで構成される。

メインユニット２１は、室内機２ａの空調機能を実現するための構成部である。メインユニット２１には、何れも図示しないが、例えば、第１吸込ダクト７及び第２吸込ダクト８を介して空調対象エリアの空気を吸い込むための吸込ファンと、ベースダクト４に空気を送り出すための送風ファンと、冷媒を凝縮させる凝縮器又は冷媒を蒸発させる蒸発器として機能する熱交換器と、第１吸込ダクト７を介して吸い込んだ空気の温度を計測する第１吸込温度センサと、第２吸込ダクト８を介して吸い込んだ空気の温度を計測する第２吸込温度センサと、が含まれる。なお、本実施形態では、室内機２ａは、第１吸込温度センサにより計測された温度と第２吸込温度センサにより計測された温度とを平均した温度を空調対象エリアの代表空気温度として空調動作を行う。

データ記憶部２２は、例えば、フラッシュメモリ等の読み書き可能な不揮発性の半導体メモリ等で構成され、室内機２ａを制御するためのプログラム（空調制御プログラム）を含む各種のプログラムやこれらのプログラムの実行時に使用されるデータ等を記憶する。データ記憶部２２は、空調制御プログラムの実行時に使用される、本発明特有のデータの１つとして、目標配分テーブル２２０を記憶する。

目標配分テーブル２２０は、図３に示すように、運転モードの種別と、第１吹出ダクト５及び第２吹出ダクト６への空気流量の目標配分比（％）とが対応付けられて設定されたデータテーブルである。本実施形態では、運転モードが冷房モードに設定されている場合、第１吹出ダクト５への空気流量の目標配分比は９０％であり、第２吹出ダクト６への空気流量の目標配分比は１０％である。つまり、冷房時では、室内機２ａにより調整された空気の大半を、天井吹出口、即ち、空気対象エリアの上方から吹き出させることが求められている。

一方、運転モードが暖房モードに設定されている場合、図３では、第１吹出ダクト５への空気流量の目標配分比は１０％であり、第２吹出ダクト６への空気流量の目標配分比は９０％であることが示されている。つまり、暖房時では、室内機２ａにより調整された空気の大半を、床吹出口、即ち、空気対象エリアの下方から吹き出させることが求められている。

また、運転モードが送風モードに設定されている場合、図３では、第１吹出ダクト５への空気流量の目標配分比は５０％であり、第２吹出ダクト６への空気流量の目標配分比は５０％であることが示されている。つまり、送風時では、天井吹出口及び床吹出口、即ち、空気対象エリアの上方及び下方から吹き出させる空気の流量は同一になることが求められている。

図２に戻り、制御部２３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等（何れも図示せず）を含んで構成され、室内機２ａを統括制御する。制御部２３は、本発明特有の機能として、配分制御部２３０を備える。

配分制御部２３０は、現在設定されている運転モードに応じて、第１吹出ダクト５及び第２吹出ダクト６への空気流量の配分比を制御する。図４は、配分制御部２３０により実行される配分制御処理の手順を示すフローチャートである。配分制御部２３０は、室内機２ａの運転が開始されると、配分制御処理の実行を開始し、室内機２ａの運転が停止されると、配分制御処理の実行を停止する。

配分制御部２３０は、運転モードの設定が変更されたか否かを判別する（ステップＳ１０１）。運転モードの設定が変更された場合（ステップＳ１０１；ＹＥＳ）、配分制御部２３０は、データ記憶部２２に記憶されている目標配分テーブル２２０を参照して、変更された運転モードの種別に対応する目標配分比を取得する（ステップＳ１０２）。

配分制御部２３０は、取得した目標配分比に基づいて、ダンパ９の開度を決定する（ステップＳ１０３）。目標配分比とダンパ９の開度との対応関係を示すテーブル（配分比−開度対応テーブル）は、予めデータ記憶部２２に記憶されているものとする。

なお、当該室内機２ａの出荷段階では、この配分比−開度対応テーブルには、予め想定した設置モデルケースに基づいて決められたデフォルトデータが設定されている。設置業者等の作業者は、当該室内機２ａを購入者宅等に設置する際、実際の設置状況を示す調整パラメータ（例えば、室内機２ａの設置位置と天井面及び床面それぞれとの間の距離や、第１吹出ダクト５及び第２吹出ダクト６それぞれの長さ等）を用いて、配分比−開度対応テーブルの設定内容をカスタマイズするものとする。

配分制御部２３０は、決定したダンパ９の開度を示す制御信号を生成し、生成した制御信号を無線通信によりダンパ９に送信する（ステップＳ１０４）。その後、配分制御部２３０は、再度、ステップＳ１０１の処理を行う。

以上のように、本発明の実施形態に係る空調システム１では、室内機２ａから供給された調整空気を空調対象エリアの上方及び下方の何れからも吹き出せるように構成され、さらに、運転モードに応じて、空調対象エリアの上方から吹き出させる空気の流量と下方から吹き出させる空気の流量の配分比を変更することができる。

このため、冷たい空気が下降し、暖かい空気が上昇するという気流の特性を利用して、例えば、冷房時ならば、室内機２ａにより調整された空気の大半を、空気対象エリアの上方から吹き出させることができ、暖房時ならば、室内機２ａにより調整された空気の大半を、空気対象エリアの下方から吹き出させることができる。このようにすることで、ユーザの快適性を向上させることが可能となり、結果として省エネルギー性の向上も図れ、ランニングコストを抑えることができる。さらに、上記の空調を１台の空調機２（室内機２ａ，室外機２ｂ）で実現するめ、イニシャルコストも抑えることがきる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の変更は勿論可能である。

例えば、目標配分テーブル２２０の設定内容は任意の設計事項であり、運転モードの種別に応じて、任意の目標配分比を設定してもよいことは勿論である。例えば、何れか一方の目標配分比を１００％に、他方の目標配分比を０％に設定してもよく、その場合、目標配分比が０％に設定された吹出ダクトを介して空調対象エリアに空気が吹き出されることはなく、室内機２ａから供給された空気は、全て他方の吹出ダクトを介して空調対象エリアに送り出されることになる。

また、室内機２ａは、第１吸込温度センサにより計測された温度と第２吸込温度センサにより計測された温度とを現在の目標配分比に基づいて加重平均することで空調対象エリアの代表空気温度を導出してもよい。

あるいは、室内機２ａは、第１吸込温度センサにより計測された温度と第２吸込温度センサにより計測された温度との何れか一方を予め定めた条件により選択し、選択した温度を空調対象エリアの代表空気温度として空調動作を行ってもよい。この場合、冷房時ならば、第１吸込温度センサにより計測された温度を代表空気温度とし、暖房時ならば、第２吸込温度センサにより計測された温度を代表空気温度としてもよい。

また、室内機２ａに、吹出ダクトと連結可能な２つの空気吹出口（第１空気吹出口、第２空気吹出口）を設け、図５に示すように、室内機２ａと第１吹出ダクト５及び第２吹出ダクト６のそれぞれとをベースダクト４を介さずに直接に連結する構成にしてもよい。この場合、図１のダンパ９に相当するダンパを室内機２ａの内部に設け、配分制御部２３０は、運転モードに応じて、かかるダンパを制御することで、第１空気吹出口（即ち、第１吹出ダクト５）及び第２空気吹出口（即ち、第２吹出ダクト６）への空気流量の配分比を調整すればよい。

また、図６に示すように、室内機２ａを天井裏に設置してもよい。図６の例では、室内機２ａには、図５に示す室内機２ａと同様、２つの空気吹出口（第１空気吹出口、第２空気吹出口）が設けられているものの、第１空気吹出口には、第１吹出ダクト５が連結されておらず、また、第１空気吸込口にも第１吸込ダクト７が連結されていない。つまり、図６に示す室内機２ａは、第１空気吸込口から直接に空調対象エリアの空気を吸い込み、第１空気吹出口から直接に空調対象エリアへ空気を送り出す。このような場合においても、上述したように、図１のダンパ９に相当するダンパを室内機２ａの内部に設け、配分制御部２３０は、運転モードに応じて、かかるダンパを制御することで、第１空気吹出口及び第２空気吹出口への空気流量の配分比を調整すればよい。

上記と同様に、図７に示すように、室内機２ａを床下に設置してもよい。なお、図５に示す構成の室内機２ａを天井裏や床下に設置することも勿論可能である。

また、上述した配分制御部２３０によって実行される配分制御処理をリモコン３によって実行されるようにしてもよい。この場合、リモコン３は、室内機２ａを介してダンパ９の開度を調整してもよいし、あるいは、リモコン３とダンパ９とを有線又は無線にて通信可能な構成にして、リモコン３からの制御信号が直接にダンパ９へ送信されるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、ダンパ９によって室内機２ａから供給された空気を第１吹出ダクト５と第２吹出ダクト６とに分配していたが、これに換えて、第１吹出ダクト５と第２吹出ダクト６とにそれぞれ別個のダンパ（第１ダンパ、第２ダンパ）を設けるようにしてもよい。この場合においても、第１ダンパ及び第２ダンパは、室内機２ａからの制御信号に従って調整される。また、目標配分比と第１ダンパ及び第２ダンパそれぞれの開度との対応関係を示すテーブルが、予め室内機２ａのデータ記憶部２２に記憶されているものとする。室内機２ａの配分制御部２３０は、かかるテーブルを参照して、現在の目標配分比に対応する第１ダンパ及び第２ダンパそれぞれの開度を決定し、決定した各開度を示す制御信号を第１ダンパ及び第２ダンパそれぞれに送信する。

また、上記実施形態に係る空調システム１は、一般家庭における住居のみならず、オフィスビル、商業ビル等の各種のビルや工場等の空調にも適用可能である。

本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施形態は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。つまり、本発明の範囲は、実施形態ではなく、請求の範囲によって示される。そして、請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、本発明の範囲内とみなされる。

本発明は、建物内の空調を行う空調システムに好適に採用され得る。

１ 空調システム、２ 空調機、２ａ 室内機、２ｂ 室外機、３ リモコン、４ ベースダクト、５ 第１吹出ダクト、６ 第２吹出ダクト、７ 第１吸込ダクト、８ 第２吸込ダクト、９ ダンパ、１０，１１ 通信線、２０ 通信部、２１ メインユニット、２２ データ記憶部、２３ 制御部、２２０ 目標配分テーブル、２３０ 配分制御部

上記目的を達成するため、本発明に係る空調システムは、
空調機と、
前記空調機から供給された空気を空調対象エリアの上方へ導く第１ダクトと、
前記空調機から供給された空気を前記空調対象エリアの下方へ導く第２ダクトと、を備え、
前記空調機は、
前記空調対象エリアの上方の空気温度を計測する第１温度センサと、
前記空調対象エリアの下方の空気温度を計測する第２温度センサと、
前記第１温度センサにより計測された空気温度と前記第２温度センサにより計測された空気温度とから代表空気温度を導出して空調動作を行う空調動作手段と、
前記第１ダクト及び前記第２ダクトへの空気流量の配分比を運転モードが冷房モードに設定されている場合と暖房モードに設定されている場合とで異なるように制御する配分制御手段と、を備え、
前記空調動作手段は、前記第１温度センサにより計測された空気温度と前記第２温度センサにより計測された空気温度とを現在の配分比に基づいて加重平均することで前記代表空気温度を導出する。

Claims (6)

1. 空調機と、
   前記空調機から供給された空気を空調対象エリアの上方へ導く第１ダクトと、
   前記空調機から供給された空気を前記空調対象エリアの下方へ導く第２ダクトと、を備え、
   前記空調機は、前記第１ダクト及び前記第２ダクトへの空気流量の配分比を運転モードが冷房モードに設定されている場合と暖房モードに設定されている場合とで異なるように制御する配分制御手段を備える、空調システム。
2. 前記配分制御手段は、運転モードが冷房モードに設定されている場合、前記第２ダクトよりも前記第１ダクトへの空気流量の配分比を高くする、請求項１に記載の空調システム。
3. 前記配分制御手段は、運転モードが暖房モードに設定されている場合、前記第１ダクトよりも前記第２ダクトへの空気流量の配分比を高くする、請求項１に記載の空調システム。
4. 第１空気吹出口と、第２空気吹出口とが設けられた空調機であって、
   前記第１空気吹出口及び前記第２空気吹出口への空気流量の配分比を運転モードが冷房モードに設定されている場合と暖房モードに設定されている場合とで異なるように制御する配分制御手段を備える、空調機。
5. 前記第１空気吹出口と前記第２空気吹出口の少なくとも一方は、ダクトと連結可能に形成されている、請求項４に記載の空調機。
6. 空調機と、
   前記空調機から供給された空気を空調対象エリアの上方へ導く第１ダクトと、
   前記空調機から供給された空気を前記空調対象エリアの下方へ導く第２ダクトと、を備えた空調システムにおいて、
   前記空調機が、前記第１ダクト及び前記第２ダクトへの空気流量の配分比を運転モードが冷房モードに設定されている場合と暖房モードに設定されている場合とで異なるように制御する、空調方法。

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